MADDENİN HALLERİ VE ISI ALIŞVERİŞİ

ANAHTAR KAVRAMLAR Erime: Bir Katının ısı alarak sıvı hale

geçmesidir.Sıvı hale geçmeye başladığı sıcaklığa erime noktası denir.

Donma: Bir maddenin sıvı halden katı hale geçmesine donma, donmanın meydana geldiği sıcaklığa donma sıcaklığı denir.

Buharlaşma:Sıvı bir maddenin ısı olarak gaz haline geçmesi olayına buharlaşma denir .Buharlaşma olayı sıvı yüzeyinde olur.

Yoğunlaşma:Gazdan sıvıya maddenin ısı kaybetmesine denir.

İleride bilim adamı olmak isteyen Arda katı,sıvı ve gaz halde bulunan maddeleri oluşturan taneciklerin hareketlerini somutlaştırmak için bir etkinlik tasarlar.Düşündüklerini arkadaşlarına yaptığı resimler eşliğinde anlatıp onların da bu durumu kavramaları için pil yuvası 1,2 veya 3 pil ile kullanılmaya uygun olan 9 adet oyuncak fare temin etmeyi düşünür.Bu oyuncak farelerin gövdelerinin belirli yerlerine mıknatıs parçaları parçaları yerleştirerek bir kutu içine koymayı planlar.Ardından oyuncak farelerin pil sayılarını değiştirerek aşağıdaki durumların olacağını anlatır.

I. Şekildeki farelerin pil yuvasında sadece 1 adet pil vardır.Bu durumdaki oyuncak farelerin mıknatısın etkisinden kurtulamayıp oldukları yerde hareket edeceklerini düşünür.

II.şekildeki oyuncak farelerin pil yuvalarına 2 adet pil yerleştirilmiştir.Bu durumda oyuncak farelerin hareketlerinin artacağını fakat kutudan çıkamayacaklarını ,bulundukları ortamda birbirleri etrafında yer değiştirerek hareket edebileceklerini iddia eder.

Daha sonra kutudaki oyuncak farelerin pil yuvalarına 3 adet pil yerleştirildiğinde oyuncak farelerin III. Şekildeki gibi hareketlerinin artacağı ve kutuyu parçalayarak dışarı çıkabilecek enerji bulabileceklerini arkadaşlarına anlatır.

7.sınıfta kimyasal bağlar konusunda,atomlar arasındaki çekim kuvveti sonucunda moleküllerin oluştuğunu öğrenmiştik.Peki ,bir arada durarak maddenin bütünsel yapısını nasıl oluşturuyor olabilir?Veya demir elementinde olduğu gibi demir atomları bir arada nasıl duruyor olabilir?

Maddeyi oluşturan taneciklerin birbirlerine uyguladıkları çekim kuvvetleri

sayesinde bir arada bulunur.Bu tanecikler arasındaki çekim kuvveti çok zayıf iken molekülü oluşturan atomlar veya zıt yüklü iyonlar arasındaki çekim kuvveti çok güçlüdür.Çok güçlü olan bu çekim kuvveti kimyasal bağ olarak adlandırılmaktadır.

Tanecikler arasındaki çekim kuvvetinin büyüklüğü madde- nin fiziksel halini belirtir.Taneciklerin hareket enerjisi arttıkça aralarındaki çekim kuvveti azalır,buna bağlı olarak tanecikler arasındaki mesafe artar.Bu durumu konu giriş sayfasında Yer alan farelerin besin aldıkça enerjilerinin artması ve birbirlerinden uzaklaştırmalarına benzetiriz.Maddenin katı,sıvı ve gaz hallerini oluşturan taneciklerinin yakınlık derecelerini aralarındaki mesafeyi ve çekim kuvvetinin büyüklüğünü alt sayfadaki şekilleri inceleyerek tartışalım…

Madde katı hâlde iken tanecikler arasındaki çekim kuvveti en fazla, gaz halde iken çekim kuvveti yok denecek kadar azdır. Bu çekim kuvvetine bağlı olarak madde hâl değiştirdiğinde tanecikler arasındaki çekim kuvvetinin büyüklüğü de değişir.

Bu durumu mıknatısların iki zıt kutbunu birbirine yaklaştırdığımızda birbirlerini etkileyerek daha çok çekmesine benzetebiliriz. Katı hâldeki maddelerde tanecikler birbirlerini daha yakın oldukları için aralarındaki çekim kuvveti daha büyüktür. Peki katı maddeye ısı aktarıldığında tanecikler arasındaki mesafe, buna bağlı olarak aralarındaki çekim kuvveti nasıl değişir.

Maddenin katı halden sıvı hale geçmesine erime adı verildiğini biliyoruz. Mıknatıs örneğimize tekrar dönelim. Mıknatısları birbirinden biraz uzaklaştırdığımızda aralarındaki çekim kuvveti azalacaktır. Benzer şekilde katı maddeye ısı aktarıldığında tanecikler hız kazanacak ve tanecikler arasındaki mesafe artacak ve madde sıvı hâle geçecektir. Bu durumda tanecikler yer değiştirecek ve dolayısıyla farklı taneciklerle yeni çekim kuvvetleri oluşmuş olacaktır.

Peki sıvı maddeye ısı aktarıldığında tanecikler arasındaki çekim kuvveti hakkında ne söyleyebilirsiniz?

Biliyoruz ki sıvı hâldeki madde,ısı aldığında gaz hâle geçer ve bu olaya buharlaşma adı verilir.Mıknatısları birbirinden tamamen uzaklaştırarak bu durumu düşünelim.Bu durumda mıknatısların birbirini çekmesinden bahsedebilir miyiz?Madde sıvı hâlden gaz hâle geçerken tanecikler arasındaki çekim kuvvetleri etkisini kaybeder ve tanecikler serbest hareket ederler.

Şekilde görüldüğü gibi madde katı hâlden sıvı hâle, sıvı hâlden gaz hâle geçerken maddenin taneciklerinin sahip oldığu hareket enerjisinin artması sonucunda tanecikler daha hızlı hareket eder ve aralarındaki mesafe artar. Bu bilgilere dayanarak konu girişinde fareler ile yapılan deneyde farelerin hangi durumları maddenin hangi hâllerine karşılık gelir? Peki maddeler ısı verirse ne olur ? Maddeler ısı vererek hâl değiştirirken tanecikler arasındaki çekim kuvveti bu durumdan nasıl etkilenir? Maddeler gazdan sıvıya, sıvıdan katıya geçerken maddenin taneciklerinin hareket enerjileri nasıl değişir?

ÖĞRENELİM!!!Buz suyun donarak katı hale gelmesi sonucu

oluşur.Su molekülleri sıvı hâlden katı hâle geçerken daha az hareket ettikleri için daha düzenli kristal yapı oluşturur.Eğer suyun içerisine suda çözünen bir madde örneğin yemek tuzu eklenirse tuzun yapısını oluşturan iyonlar su moleküllerinin arasına girerek moleküllerin düzenli bir kristal yapı olmasını geciktirir. Böylece 0° henüz düzenli yapıda olmayacağı için sıvı hâlde bulunacak ve daha düşük bir sıcaklıkta donacaktır.

SOĞUK VE KARLI GÜNLERDE YOLLARA TUZ DÖKÜLMESİNİN SEBEBİ SİZCE NE OLABİLİR??

*Kış aylarında yoğun kar yağışı yüzünden yollarımızın buzlanması ve arabalarımızın tekerleklerine zincir takmamamız dışın tekerleklerin kaymaması için bulunan ,çözüm :

Buz üzerine tuz döküldüğünde Suyun donma derecesini -15° ‘ye Kadar düşürülür ve suyun erimesini sağlar…

Katı maddeler erirken çevresinden ısı alır.Çevreden alınan ısı,katı maddenin erime sıcaklığına gelmesi ve tamamen erimesi için kullanılır.Bu sebeple buz erimeye başladığında(yani sıcaklığı 0 derecede iken)ısı almaya devam etmesine rağmen sıcaklığında bir değişme olmaz fakat buz erir.Çünkü alınan ısı buzun halinin değişmesine harcanmıştır.Buz erirken çevreden aldığı bu ısıya buzun erime ısısı denir.Erime ısısı erime sıcaklığındaki 1 gram saf katı maddeyi sıvı hale geçiren ısıdır.Erime ısısı,katı halde bulunan maddenin tanecikleri arasındaki çekim kuvvetinin azalmasına neden olur.Başka ifadeyle katı bir maddenin erimesi için sadece erime sıcaklığına kadar ısıtmak yeterli değildir.Bu sıcaklığa geldikten sonra,katı maddenin taneciklerinin,sıvı maddeyi oluşturan tanecikler gibi birbirinden uzaklaşması gerekir.Bu sebeple maddeye erime ısısı kadar enerji verilmelidir.

Katı bir madde erirken ne kadar ısı alırsa aynı ısıyıkatı hale geçerken de çevresine verir.Bu sebeple maddelerin donma ve erime ısıları birbirine eşittir.Donma sıcaklığında bulunan 1g sıvı saf maddenin katı hale geçmesi için çevreye verdiği ısı miktarına donma ısısı denir.donma ısısı “Ld“şelinde gösterilir.

Buzun erime ısısı 334,4J/g olduğuna göre suyun donma ısısı hakkında ne söyleyebilirsiniz?Peki erime ve donma ısıları maddeler için ayırt edici bir özellik midir?Her katı madde,erirken farklı miktarda ısıya ihtiyaç duyar.Çünkü maddelerin tanecikleri arasındaki çekim kuvvetinin etkisi maddeden maddeye değişir.Bu sebeple erime sırasında bu çekim kuvvetlerinin zayıflaması için harcanan enerji de her madde için farklı olacaktır.Bu durumda“Erime ısısının değeri katı maddenin taneciklerinin arasındaki çekim kuvvetinin bir ölçüsüdür.”diyebiliriz.Kısaca maddelerin erime-donma ısıları birbirinden farklıdır.Bu sebeple erime-donma ısısı maddeler için ayırt edici bir özelliktir.

Yandaki çizelgede bazı maddelerin erime/donma ısıları verilmiştir.

Çizelgedeki değerleri inceleyelim ve bu maddelerin birer gramını göz önüne alarak hangi maddenin sıvı hale geçmesi için daha çok enerjiye ihtiyacı olduğunu belirtelim.Donma sıcaklığındaki 50g civanın tamamen katı hale geçmesi için gereken enerji miktarını çizelgeden yararlanarak hesaplayalım

MADDE ERİME DONMA

ISISI(J/g)

CİVA 11,28

DEMİR 117,04

BAKIR 175,56

BUZ 334,40

KURŞUN 22,57

ALÜMİNYUM 321,02

Maddelerin katı halden sıvı hale,sıvı halden katı hale geçmesi ile enerji alışverişini ilişkilendirdik. Bir başka hal değişimi ise maddelerin sıvı halden gaz hale(buharlaşma)ve gaz halden sıvı hale(yoğuşma)geçmesidir.

Buharlaşma olayının gerçekleşmesi için ısıya ihtiyaç vardır. Sıvı buharlaşırken dışarıdan ısı alır ve çevresini soğutur. Sıvı maddeye ısı verildiğinde sıcaklık değeri kanama sıcaklığına kadar artar. Sıvıların bundan sonra aldıkları ısı ise sıvının buhar haline geçmesi için harcanır. Buharlaşma sırasında sıvı maddeye aktarılan ısı, tanecikler arasındaki çekim kuvvetlerinin yok denecek kadar azalması ve taneciklerin bağımsız hale gelmesine sebep olur.

Kaynama sıcaklığında 1g saf sıvıya, aynı sıcaklıktaki 1g buhar haline getirmek için gerekli ısıya buharlaşma ısısı denir. Sıvılar buharlaşırken aldıkları ısıyı yoğunlaşırken geri verirler.Kaynama sıcaklığındaki buhar,yoğunlaşma ısısı kadar ısı kaybettiğinde sıvı hale geçer.Bu sebeple buharlaşma ısısı yoğunlaşma ısınsa eşittir.buharlaşma ısısı Lb,yoğunlaşma ısısı Ly şeklindedir ve Lb=Ly olarak ifade edebiliriz.

Farklı maddeler farklı buharlaşma-yoğunlaşma ısısına sahiptir.Bu

sebeple buharlaşma-yoğunlaşma ısıları da maddeler için ayırt edici

bir özelliktir.Yandaki çizelgede bazı maddelerin buharlaşma-

yoğunlaşma ısılarıVerilmiştir. Sıvıların buharlaşması için verilmesi gereken ısı miktarı

kütleleriyle doğru orantılıdır.Kaynama sıcaklığındaki “m“ gram sıvıyı buharlaştırmak için gerekli ısı aşağıdaki formülle

hesaplanır.

MADDE BUHARLAŞMA-YOĞUNLAŞMA ISISI(J\g)

Su 2257Aseton 520,41Alkol 854,97Eter 296,78

Q = m . LÇevreye verilen ısı Kütle(g) Yoğuşma ısısıJ/gToplam ısı(J)

Q = M . L

Alınan Toplam Kütle(g) Buharlaşma Isı (J) ısısı(J/g)

100 derece sıcaklığındaki 50 g su buharının aynı sıcaklıkta 50 g su haline getirmek için çevreye verilen toplam ısı miktarını hesaplayalım. m: 50 g Ly:2254 J/g Q= m . x Q= 50g . 2257 J/g Q=112 850 J olarak hesaplanır.

Maddelerin buharlaşırken çevreden ısı alması ve

yoğunlaşırken çevreye ısı vermesi,günlük hayatta birçok alanda karşımıza çıkmaktadır.Örneğin,bu olaydan yararlanılarak soğutucular yapılmıştır.Buzdolaplarının çalışması ve içindeki maddelerin soğuması bu ilkeye dayanır.

Elimize kolonya döktüğümüzde bir süre sonra serinlik hissetmemizi veya karpuzu kesip güneş ışığı alına koyduğumuzda soğumasını buharlaşma ile nasıl ilişkilendiririz?

Sıcak havada duş aldığımızda serinlik hissedip ardından sıcaktan bunalmamızı buharlaşma ve yoğunlaşma ile bir ilgisi var mıdır?

Bildiğimiz gibi saf maddelerin erime-donma ve buharlaşma-yoğunlaşma sıcaklıkları sabittir.Peki, saf maddelere farklı maddeler karışınca,bu karışımların erime-donma ve buharlaşma-yoğunlaşma sıcaklıkları hakkında ne söyleyebiliriz?

Buz, suyun donarak katılaşmış halidir.sıvı haldeyken düzensiz hareket eden su, molekülleri, donma sıcaklığında daha düzenli yapıda ve daha az hareketli halidir.Suya tuz gibi farklı bir madde eklendiğinde,tuzu oluşturan klor ve sodyum iyonları su moleküllerinin arasına girer ve su moleküllerinin düzenli bir yapı oluşturmasını geciktirir.Böyle bir durumda,içinde tuz olan suyun donması için, sıcaklığın(atılan tuz oranına göre) 0derecenin altında bir değere inmesi gerekir.Yani saf olmayan maddelerin belli bir donma sıcaklığı yoktur,donma olayı geniş bir sıcaklık aralığında gerçekleşir.

Katı maddeleri,sıvıların donma sıcaklığını düşürdüğünden,kışın yollardaki buzlanmayı önlemek için yollara tuz dökülür.Tuz atıldığında,suyun donma sıcaklığı 0dereceden-15dereceye kadar düşebilir.Verilen örnekten yola çıkarak arabaların radyatörlerindeki suya hangi amaçla antifriz konduğunu söyleyebilir miyiz?

Uçak pistlerinin kışın alkolle

yıkanması,buzlanmayı nasıl engelliyor olabilir? Peki,suya eklenen katı maddelerin suyun

kaynama sıcaklığına olan etkisini nasıl açıklarız? Sıvılara karışmış olan katkı maddeleri ise sıvının

kaynama sıcaklığını yükseltir.Saf su 100derecede kaynarken içine farklı madde eklediğimizde kaynama sıcaklığı eklenen katkı maddesinin miktarına bağlı olarak yükselir.Bu bilgiden yola çıkarak yemek pişerken tuzun, yemek pişmeden önce eklemek mi yoksa yemek piştikten sonra eklemek mi bize avantaj sağlar?

Konumuzda fark ettiğimiz gibi bilimsel bilgileri ve bilimsel düşünme becerilerini hayatımızda uygulamamız, karşılaştığımız problemlerin çözümünde kolaylık sağlayacaktır.Geçmişimize baktığımızda bilimsel bilgilerin doğru uygulama alanlarında kullanılması birçok toplumsal sorunun giderilmesine sağlamıştır.Kurtuluş Savaşı yıllarında maddi yokluk içinde iken bu durumdan zaferle çıkmamızı Atatürk şu sözleriyle ifade etmiştir:“Düşmanı mağlup eden zaferin sırrı nedir, bilir misiniz?